Chế độ công nghệ thích hợp phân hủy quặng đất hiếm nam nậm xe bằng axit sunfuric

T¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (4), Tr. 459 - 462, 2004<br /> <br /> <br /> ChÕ ®é c«ng nghÖ thÝch hîp ph©n hñy quÆng ®Êt hiÕm<br /> nam NËm Xe b»ng axit sunfuric<br /> §Õn Tßa so¹n 20-12-2003<br /> NguyÔn V¨n X¸1, Phan §×nh TuÊn2, Ng« Kim §Þnh3<br /> 1<br /> Tr êng §¹i häc B¸ch khoa H' Néi<br /> 2<br /> §¹i häc B¸ch khoa Tp. Hå ChÝ Minh<br /> 3<br /> Tr êng §¹i häc H'ng h¶i H¶i Phßng<br /> <br /> <br /> Summary<br /> The article exposes the statistic mathematical model of the disingtegrating the Nam Namxe<br /> rare earth ore by sulphuric acid. The suitable regime of the technological process is determined<br /> by using this model.<br /> <br /> C«ng nghÖ hãa t¸ch ®Êt hiÕm basnasit ®Ó t¸c gi¶ trªn ® ® a ra ë trªn l qu¸ réng. Trong<br /> s¶n xuÊt oxit ®Êt hiÕm tæng ® ® îc tiÕn h nh ë kho¶ng ®ã, hiÖu suÊt ph©n hñy v tèc ®é ph©n<br /> nhiÒu n íc. ë n íc ta trong nh÷ng n¨m 70 cña hñy thay ®æi rÊt nhiÒu. §Ó cã c¬ së tèt h¬n, ®<br /> thÕ kû tr íc ® cã phèi hîp víi n íc ngo i ®Ó tiÕn h nh ph©n hñy ë nhiÖt ®é 90oC. Tû l îng<br /> nghiªn cøu quÆng ®Êt hiÕm Nam NËm Xe. ¸p axit/quÆng b»ng 5, trong thêi gian nh nhau v<br /> dông v o kÕt qu¶ ph©n hñy quÆng ë quy m« hÖ ph¶n øng ® îc khuÊy trén tèt. KÕt qu¶ thùc<br /> pil«t ® ® îc tiÕn h nh cho tÝnh quÆng ®Êt hiÕm nghiÖm ® îc tr×nh b y ë b¶ng 1.<br /> cã h m l îng Ln2O3 tõ 20% ®Õn 30%, víi tû Tõ kÕt qu¶ ë b¶ng 1 cho thÊy, hiÖu suÊt<br /> l îng axit ®èi víi oxit ®Êt hiÕm trong quÆng lín ph©n hñy thÊp khi nång ®é axit nhá h¬n 60%.<br /> h¬n hoÆc b»ng, nhiÖt ®é ph¶n øng 120oC, thêi HiÖu suÊt t¨ng nhanh sau ®ã v t ¬ng ®èi æn<br /> gian ph©n hñy h¬n 5 giê. Nh ng cho hiÖu suÊt ®Þnh cao ë vïng nång ®é axit 85% ®Õn 95%.<br /> ph©n hñy kh«ng cao, kh«ng æn ®Þnh v× mét sè Nh÷ng yÕu tè ¶nh h ëng kh¸ m¹nh ®Õn chÕ<br /> mÎ cã hiÖu suÊt rÊt thÊp. ®é c«ng nghÖ ph©n hñy, chóng t«i lùa chän 3<br /> Qu¸ tr×nh t×m nh÷ng biÖn ph¸p gãp phÇn yÕu tè chÝnh l nhiÖt ®é, thêi gian v tû l îng<br /> x©y dùng chÕ ®é c«ng nghÖ ho n thiÖn cho giai láng/r¾n t ¬ng øng nh sau: NhiÖt ®é: T = z1 =<br /> ®o¹n ph©n hñy cÇn ® îc nghiªn cøu. Trong b i 90 ÷ 120oC; z10 = 105oC; z1 = 15oC; Thêi gian<br /> b¸o n y tr×nh b y qu¸ tr×nh t×m c«ng nghÖ ph©n = z2 = 90 ÷ 210oC; z20 = 150oC; z2 = 60oC; Tû<br /> hñy thÝch hîp trªn c¬ së x©y dùng m« t¶ thèng l îng láng/r¾n z2 = 1 ÷ 2; z30 = 1,5; z3 = 0,5<br /> kª.<br /> § sö dông dung dÞch axit H2SO4 95%, hÖ<br /> ph¶n øng ® îc khuÊy trén tèt.<br /> I - X©y dùng m« t¶ thèng kª<br /> KÕt qu¶ thùc nghiÖm theo kÕ ho¹ch bËc mét<br /> Chóng t«i cho r»ng kho¶ng nång ®é m c¸c hai møc tèi u ® îc tr×nh b y ë b¶ng 2.<br /> <br /> Nång ®é axit, % 0 60 70 85 92 95<br /> HiÖu suÊt ph©n hñy, % 34,3 59,6 72,0 78,2 77,8 76,2<br /> 459<br />  B¶ng 2: KÕt qu¶ thùc nghiÖm theo kÕ ho¹ch bËc mét hai møc tèi u<br /> BiÕn thùc BiÕn m<br /> N0 yi<br /> z1 z2 z3 x0 x1 x2 x3<br /> 1 90 90 1 + - - - 79,8<br /> 2 120 90 1 + + - - 84,4<br /> 3 90 210 1 + - + - 94,6<br /> 4 120 210 1 + + + - 89,4<br /> 5 90 90 2 + - - + 84,2<br /> 6 120 90 2 + + - + 85,7<br /> 7 90 210 2 + - + + 95,6<br /> 8 120 90 2 + + + + 90,7<br /> <br /> Tõ sè liÖu ë b¶ng 2, cã thÓ tÝnh ® îc hÖ sè C¨n cø v o kÕ ho¹ch ®ã ta tÝnh ® îc c¸c hÖ<br /> cña b l b0 = 88,3; b1 = 0,5; b2 = 8; b3= 1; b12 = -2,025; sè håi qui theo c¸c c«ng thøc ® cho. b0 =<br /> b13 = -0,6; b23 = -0,425; b123 = 0,675. 87,25. T ¬ng tù cã, b1 = -0,82; b2 = 4,35; b3 =<br /> 1,207; b12 = -2,025; b13 = -0,6; b23 = - 0,4125;<br /> §Ó kiÓm tra tÝnh cã nghÜa cña c¸c hÖ sè b ta<br /> b123 = 0,675; b11 = -1,19; b22 = +5,36; b33 = -1,38;<br /> ph¶i l m 3 thùc nghiÖm tai t©m kÕ ho¹ch (x10 =<br /> b0 = 85,26.<br /> x20 = x30 = x40 = 0 t ¬ng øng biÕn thùc z10, z20,<br /> z30 v z40) thu ® îc c¸c kÕt qu¶ y10 = 84,9; y20 = §Ó kiÓm tra tÝnh cã nghÜa cña c¸c hÖ, cÇn<br /> 85,1; y30 = 85,7; y40 = 86,3. Gi¸ trÞ trung b×nh y tÝnh c¸c ®é lÖch chuÈn cña c¸c ph©n bè b theo<br /> = 85,5 c¸c c«ng thøc:<br /> Ph ¬ng sai lÆp S112 = 0,4; §é lÖch chuÈn cña S112 0,4<br /> Sb0 = 2<br /> = = 0,163<br /> ph©n bè b l Sb = 0,224. x ji 15<br /> ë møc cã nghÜa p = 0,05 v bËc tù do lÆp f2 0,4<br /> = 4 - 1 = 3 tra b¶ng ta cã t0,05; 3 = 3,182. Nh vËy, Sb1 = Sb2 = Sb3 = = 0,191<br /> muèn hÖ sè b cã nghÜa ph¶i tháa m n ®iÒu kiÖn: 10,95<br /> |b| Sb, tp,f2 = 0,224 × 3,182 = 0,712. 0,4<br /> Nh vËy chØ cã c¸c hÖ sè b0, b2, b3 v b12 cã Sbiu = = 0,224<br /> nghÜa, v ph ¬ng tr×nh håi qui cã thÓ cã d¹ng: 8<br /> 0,4<br /> = 88,3 + 8x2 + x3 - 2,025 x1x2 (*) Sb jj = = 0,303<br /> C¨n cø v o ph ¬ng tr×nh (*) ta tÝnh ® îc 1 4,361<br /> = 77,28; 2 = 97,33; 3 = 76,73; 4 = 93,13; 5 =<br /> 85,88; 6 = 96,77; 7 = 83,33; 8 = 93,2. ( ) 2<br /> Sb20 = Sb20 + Sb2ii x 2j =<br /> 0,1632 + 0,3032 ( 0,73) = 0,076<br /> 2<br /> Ph ¬ng sai d : Sd 2 = 197,31; chuÈn sè<br /> Fisher cã gi¸ trÞ F = 9,12. Rót ra Sb0 = 0,275.<br /> Tõ c¸c d÷ kiÖn trªn, cho thÊy m« h×nh tuyÕn Gi¸ trÞ cña c¸c chuÈn sè Student cña c¸c hÖ<br /> tÝnh kh«ng t ¬ng hîp v× vËy ph¶i chuyÓn sang sè b l tb0 = 310,03; tb1 = 4,29; tb2= 22,77; tb3= 6,32;<br /> m« h×nh phi tuyÕn.<br /> tb12= 9,04; tb13= 2,68; tb23= 1,84; tb123= 3,1; tb11= 3,93;<br /> §Ó x¸c ®Þnh c¸c tham sè cña m« h×nh, ph¶i tb22= 17,69; tb33= 4,55.<br /> tiÕn h nh thÝ nghiÖm theo kÕ ho¹ch thùc nghiÖm<br /> trùc giao bËc hai cña Box-Wilson. KÕt ho¹ch v Gi¸ trÞ tra b¶ng cña chuÈn sè Student ë møc<br /> c¸c kÕt qu¶ ® îc tr×nh b y ë b¶ng 3. cã nghÜa p = 0,05; bËc tù do lÆp l f2 = 4 - 1 = 3<br /> 460<br /> l 3,182. Nh vËy chØ cã b0, b1, b2, b3, b12, b11, Ph ¬ng sai d x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau,<br /> b22, b33 l cã nghÜa, v× vËy chuÈn sè Student cña cã gi¸ trÞ:<br /> chóng tháa m n ®iÒu kiÖn tb < t0,05.3 = 3,182. 15<br /> Ph ¬ng tr×nh håi qui cã thÓ cã d¹ng: ( yi yˆ i )<br /> 2<br /> <br /> 9,0756<br /> = 85,26 - 0,82 x1 + 4,35x2 + 1,207x3 - 2<br /> S du = 1<br /> = = 1,2965<br /> 2,025x1x2 - 1,19x12 + 5,36x22 - 1,38x32 N l 15 8<br /> §Ó kiÓm tra tÝnh t ¬ng hîp cña ph ¬ng tr×nh ChuÈn sè Fischer tÝnh cã gi¸ trÞ l<br /> håi qui phi tuyÕn, cÇn tÝnh gi¸ trÞ cña nã t¹i c¸c 1,2965<br /> F= = 3,241<br /> ®iÓm thÝ nghiÖm. KÕt qu¶ thu ® îc nh sau: 1 = 0,4<br /> 81,28; 2 = 83,65; 3 = 94,04; 4 = 88,35; 5 = ChuÈn sè Fischer tra b¶ng ë møc cã nghÜa p<br /> 83,7; 6 = 86,12; 7 = 96,45; 8 = 90,77; 9 = = 0,05; bËc tù do lÆp f2 = 3; bËc tù do d f1 = 15<br /> 84,53; 10 = 82,5; 11 = 87,88; 12 = 98,45; 13 = - 8 = 7 l 8,89. Nh vËy ph ¬ng tr×nh håi qui<br /> 81,42; 14 = 84,36; 15 = 85,26. t ¬ng hîp v× F < F0,05; 7,3.<br /> <br /> B¶ng 3<br /> BiÕn thùc BiÕn m<br /> N0 yi<br /> z1 z2 z3 x0 x1 x2 x3 x'1 x'2 x'3<br /> 1 90 90 1 + - - - 0,27 0,27 0,27 79,8<br /> 2 120 90 1 + + - - 0,27 0,27 0,27 84,4<br /> 3 90 120 1 + - + - 0,27 0,27 0,27 94,6<br /> 4 120 210 1 + + + - 0,27 0,27 0,27 89,4<br /> 5 90 90 2 + - - + 0,27 0,27 0,27 84,2<br /> 6 120 90 2 + + - + 0,27 0,27 0,27 85,7<br /> 7 90 210 2 + - + + 0,27 0,27 0,27 95,6<br /> 8 120 90 2 + + + + 0,27 0,27 0,27 90,7<br /> 9 87 150 1,5 + -1,215 0 0 0,746 -0,73 -0,73 85,5<br /> 10 123 150 1,5 + 1,215 0 0 0,746 -0,73 -0,73 81,5<br /> 11 105 77 1,5 + 0 -1,215 0 -0,73 0,746 -0,73 88,4<br /> 12 105 233 1,5 + 0 1,215 0 -0,73 0,746 -0,73 97,8<br /> 13 105 150 0,89 + 0 0 -1,215 -0,73 -0,73 0,746 80,9<br /> 14 105 150 2,11 + 0 0 1,215 -0,73 -0,73 0,746 85,2<br /> 15 105 150 1,5 + 0 0 0 -0,73 -0,73 -0,73 85.7<br /> <br /> II - X¸c ®Þnh chÕ ®é ph©n hñy tèi /u 2 = 85,26 - 0,82x1 + 4,35x2 - 2,025x1x2 -<br /> 1,19x12 + 5,36x22 (2)<br /> YÕu tè tû lÖ láng/r¾n ¶nh h ëng ®éc lËp lªn Tõ (1) ta cã thÓ dÔ d ng x¸c ®Þnh ® îc ytmax<br /> hiÖu suÊt ph©n hñy v× vËy ta cã thÓ viÕt h m ë x3 = 0,438 tøc l z3 = 1,72 thay gi¸ trÞ cña x3<br /> môc tiªu d íi d¹ng = 1 + 2. v o ph ¬ng tr×nh (2), ta cã:<br /> Trong ®ã: = 85,53 - 0,82x1 + 4,35x2 - 2,05x1x2 -<br /> 1 = 1,2007x3 - 1,38x32 (1) 1,19x12 + 5,36x22 (3)<br /> <br /> 461<br />  V× x1 v x2 t ¬ng t¸c nghÞch v ¶nh h ëng C«ng tr×nh ® îc ho'n th'nh d íi sù hç trî<br /> nghÞch nªn ta dÔ d ng nh©n ra ë c¸c biªn kh¸c kinh phÝ cña Ch ¬ng tr×nh nghiªn cøu khoa häc<br /> dÊu cña x1 v x2 h m môc tiªu sÏ cã cùc trÞ. Gi¸ c¬ b¶n.<br /> trÞ biªn tr¸i dÊu ®ã l x1 = -,215 tøc nhiÖt ®é z1 =<br /> 90oC v x2 = +1,215 tøc z2 = 2,11. Thay c¸c gi¸ T2i liÖu tham kh¶o<br /> trÞ ®ã v o (3) nhËn ® îc = 100,96%. §iÒu n y<br /> chøng tá thêi gian ® h¬i kÐo d i. Nh vËy hiÖu 1. NguyÔn Minh TuyÓn, Ph¹m V¨n Thiªm. Kü<br /> suÊt sÏ ®¹t cùc ®¹i khi ta tiÕn h nh ph©n hñy ë thuËt c«ng nghÖ hãa häc, tËp I, II. Nxb.<br /> nhiÖt ®é 90oC, tû lÖ láng/r¾n = 1,72 v thêi gian Khoa häc v Kü thuËt H Néi (2001).<br /> ph¶n øng kho¶ng 210 phót.<br /> 2. NguyÔn Minh TuyÓn. C¸c ph ¬ng ph¸p<br /> triÓn khai C«ng nghÖ hãa häc. Nxb. Khoa<br /> III - KÕt luËn häc v Kü thuËt H Néi (1987).<br /> - CÇn dïng axit sunfuric cã nång ®é cao tõ 3. Akhnazarova, Kafarov. Tèi u hãa thùc<br /> 85 - 95% ®Ó ph©n hñy quÆng. nghiÖm trong Hãa häc v C«ng nghÖ hãa<br /> häc. Nxb. Hãa häc, Moskva 1978 (tiÕng<br /> - Trong miÒn thùc nghiÖm theo m« h×nh (1) ta Nga).<br /> t×m ® îc gi¸ trÞ tèi u cña tû lÖ láng/r¾n l 1,72.<br /> 4. Ruzinov, Slobodtrikova. KÕ ho¹ch hãa thùc<br /> - TiÕp tôc xÐt ph ¬ng tr×nh (3), t×m ® îc nghiÖm trong Hãa häc v C«ng nghÖ hãa<br /> ®iÒu kiÖn tèi u cña nhiÖt ®é ph©n hñy l 90oC häc. Nxb. Hãa häc, Moskva 1980 (tiÕng<br /> v thêi gian kho¶ng 210 phót. Nga).<br /> - TiÕn h nh ph©n hñy theo c¸c ®iÒu kiÖn ®ã, 5. Bondar, Statiukha. KÕ ho¹ch hãa thùc<br /> cã thÓ ®¹t tíi hiÖu suÊt ph©n hñy 100%. NghÜa nghiÖm trong C«ng nghÖ hãa häc, Nxb. §¹i<br /> l quÆng ® îc ph©n hñy ho n to n. häc, Kiev 1976 (tiÕng Nga).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 462<br />